西基排澇站泵房基礎(chǔ)處理的設(shè)計計算及比選

戴俊

東莞市水利勘測設(shè)計院有限公司 廣東 東莞 523000

1 工程概況

西基排站工程位于惠州市石灣鎮(zhèn)，工程任務(wù)為排除區(qū)域澇水，保護區(qū)域在設(shè)計排澇標準內(nèi)不受災(zāi)。排澇標準按10年一遇24h暴雨量一天排干，設(shè)計排澇流量為9.80m3/s，設(shè)計洪水標準為20年一遇。泵房為主要建筑物，設(shè)計長度為25.0m，寬度為21.30m，下部設(shè)計為箱體結(jié)構(gòu)，上部設(shè)計為框架結(jié)構(gòu)[1]。

2 工程地質(zhì)

地層由上至下：素填土層，松散，由黏性土夾沙礫組成，成分不均勻。淤泥質(zhì)土，流塑，干強度中等，韌性差，成分以粉黏粒為主。中砂，稍密為主，局部中密，含少量粗砂，顆粒不均，級配一般，粉黏粒含量較多。強風化泥質(zhì)粉砂巖，風化不均勻，巖質(zhì)軟，易碎，呈碎石夾土狀，為軟巖。

表1 各土層物理參數(shù)建議值

3 泵房基礎(chǔ)處理

經(jīng)分析計算，泵房基底應(yīng)力值見表2。

表2 泵房基底應(yīng)力匯總表

由計算成果可知，在各工況下，泵房基底應(yīng)力的最大值與最小值之比均不超過允許規(guī)定值。泵房基底最大應(yīng)力值為92.87kpa，基底坐落在淤泥質(zhì)土層，該層承載力低，壓縮變形大，無法滿足設(shè)計要求，因此必須對地基加固處理。軟基處理可以采用方法有：深層攪拌法、預制管樁、換填法處理等。

3.1 水泥攪拌樁方案

采用樁徑Ф500水泥攪拌樁，以中砂層為樁端持力層，樁端進入持力層為1.0m，設(shè)計樁長8.0m。初擬樁中心間距為1.10×1.10m，正方形布置。因樁端下無軟弱下臥層，本次不對下臥層地基強度進行驗算，也不對沉降變形進行計算[2]。

（1）單樁豎向抗壓承載力特征值

根據(jù)《復合地基技術(shù)規(guī)范》，當由樁周土與樁端土的抗力提供單樁豎向抗壓承載力特征值時可按公式1計算；當由樁體自身材料的強度提供單樁豎向抗壓承載力特征值時可按公式2計算；并取兩者較小值。

up為攪拌樁的截面周長；li為第i層土的厚度，m；Ap為攪拌樁的截面面積；、分別為攪拌樁周圍第i層土的側(cè)阻力、樁端阻力特征值，取600kPa；α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.50；為與攪拌樁體同配比試塊立方體抗壓強度平均值（kPa），參考已完同類似工程的試驗報告，取1.80Mpa；η為樁體強度折減系數(shù)，取0.30。經(jīng)計算，取Ra=106kN。

（2）復合地基承載力計算

處理后，復合地基承載力特征值按公式3計算：

m為樁土面積置換率，經(jīng)算得0.162；為處理后樁間土承載力特征值，取50kPa；β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.75。經(jīng)算得fspk=119KN。泵房在各工況下平均基底應(yīng)力均小于119KN，同時最大基底應(yīng)力小于1.2fspk。

3.2 預制PHC管樁方案

采用樁徑Ф500預制砼管樁，以中砂層為樁端持力層，樁端進入持力層為1.0m，設(shè)計樁長8.0m。

（1）單樁豎向抗壓承載力特征值

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，估算單樁豎向承載力特征值按公式4計算：

根據(jù)《樁基規(guī)范》，管樁穿越較厚欠固結(jié)土（淤泥質(zhì)土），計算管樁承載力時需考慮樁周負摩阻力影響。樁端置于中砂層，查規(guī)范表5.4.4-2，中性點深度比 ln/l0=0.75，樁周軟弱土層下限深度l0=6.00m，則自樁頂算起的中性點深度ln=6.00×0.75=4.50m。地面無堆載，根據(jù)地勘資料可知地下水位標高為1.00m。

根據(jù)《樁基規(guī)范》，中性點以上的單樁樁身周圍各層土負摩阻力標準值按公式5計算；由土自重引起的樁身周圍各層土平均豎向有效應(yīng)力按公式6計算。

由淤泥質(zhì)土自重引起的樁周平均豎向有效應(yīng)力：

樁側(cè)負摩阻力標準值：

基樁下拉荷載按公式7計算：

ηn為樁周負摩阻力引起的群樁效應(yīng)系數(shù)，本次按最不利情況，ηn取1.0。n是中性點以上的土層層數(shù)；li是中性點以上土層的厚度?；鶚断吕奢d為15.26kN，估算單樁豎向承載力特征值為225.93kN，則實際設(shè)計單樁豎向承載力特征值為210.67kN。

（2）確定樁數(shù)并布樁

泵房長25.0m，寬21.30m，最大基底應(yīng)力為92.87kpa，下部為箱體結(jié)構(gòu)，剛度大，可視作整體承臺來計算；底部設(shè)置水泥石屑褥墊層，厚300mm，容重為22.0kN/m2。

根據(jù)泵房尺寸，擬定樁中心間距為1.60×1.50m，正方形布置，共設(shè)255根樁。

（3）單樁水平向承載力特征值計算

估算單樁水平方向承載力特征值按公式9計算：

經(jīng)計算，單樁水平向承載力特征值為88.21kN。水平力，因此采用Ф500預制管樁能夠滿足豎向和水平載力要求。

針對上述兩種軟基處理方案進行比較，見下表3：

表3 基礎(chǔ)處理方案比較

因泵房離現(xiàn)狀建筑物較近且受工程投資等客觀因素影響，擬定采用水泥攪拌樁作為基礎(chǔ)處理方案為最終方案[3]。

4 結(jié)束語

根據(jù)工程建設(shè)經(jīng)驗，樁基施工前必須取原狀土做室內(nèi)摻灰量及樁身抗壓強度試驗；根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整設(shè)計參數(shù)后在泵房基礎(chǔ)選擇樁位進行試樁，并根據(jù)試樁結(jié)果確定水泥攪拌樁最終施工參數(shù)。